Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Pour consulter le document d'accompagnement du mémoire, veuillez contacter le Centre de conservation Lionel-Groulx de l'Université de Montréal (prconser@bib.umontreal.ca).

Ce mémoire présente l’étude numérique d’une turbine hydroélectrique de type Francis de moyenne chute dans le cadre du projet Tr-FRANCIS au Laboratoire de Machines Hydrauliques. Le but de cette maîtrise est de caractériser les réponses structurelle et modale préliminaires de la roue en condition d’opération de marche à vide aux échelles prototype et modèle. Concrètement, le travail vise à identifier les zones de contraintes élevées et à déterminer les fréquences naturelles. La méthodologie numérique utilisée consiste à interpoler les forces induites par l’écoulement sur le maillage et à calculer la réponse structurelle suivant une approche dépendante du temps. Les modèles numériques sont validés par des études d’indépendance de maillage, l’investigation paramétrique de l’influence des conditions limites ainsi qu’en comparant des méthodes d’interpolation. Les résultats sont ensuite analysés dans les domaines temporel et fréquentiel pour mesurer le niveau de contraintes et déterminer les excitations qui sollicitent la structure. Des simulations modales permettent également d’identifier les fréquences naturelles et les déformées de la roue dans le vide et en opération dans l’eau. Les résultats structuraux de la turbine Tr-FRANCIS indiquent de faibles niveaux de contraintes statiques et dynamiques. L’étude de l’impact du chargement fluide conclut que le cisaillement pariétal et la pression doivent être considérés pour prédire fidèlement le comportement structurel de la turbine dans la condition d’opération simulée. Une analyse paramétrique montre que des variations de la vitesse du son dans l’eau entraînent une réduction des fréquences naturelles de la roue dans sa configuration confinée. L’application d’une méthode de transposition de la réponse structurelle du modèle prédit fidèlement les contraintes statiques et dynamiques du prototype. Finalement, la mise à l’échelle des fréquences naturelles suggère l’utilisation d’une vitesse du son réduite à l’échelle modèle. / This thesis presents the numerical study of a medium-head hydroelectric Francis turbine within the scope of the Tr-FRANCIS project at the Hydraulic Machine Laboratory. The goal of this masters is to characterize the preliminary structural and modal responses of the runner in speed-no-load operating condition at prototype and model scales. Specifically, the work aims at identifying the areas of high stresses and at determining the natural frequencies. The numerical methodology used consists of interpolating the flow-induced forces onto the mesh and to calculate the structural response following a time-dependent approach. The numerical models are validated with mesh independence studies, the investigation of the influence of boundary conditions and by comparing mapping methods. The results are then analyzed in the time and frequency domains to measure the stress levels and to determine the excitations that solicit the structure. Modal simulations also allow identifying the natural frequencies and the mode shapes of the runner in void and in operation in water. The structural results of the Tr-FRANCIS turbine indicate low levels of static and dynamic stresses. The study of the impact of the fluid loading concludes that wall shear and pressure must be considered to accurately predict the structural behaviour of the turbine in the operating condition simulated. A parametric analysis shows that variations of the speed of sound in water leads to a reduction in the natural frequencies of the runner in its confined configuration. The application of a transposition method of the structural response of the model adequately predicts the static and dynamic stresses of the prototype. Finally, the scaling of the natural frequencies suggests the use of a reduced speed of sound at model scale.

Cette thèse vise à apporter une contribution dans le domaine de la biométrie par l’iris (l’une des modalités les plus précises et difficiles à pirater) et le visage (l’une des modalités les moins intrusives et les moins coûteuses). A travers ce travail, nous abordons plusieurs aspects importants de la biométrie mono et multimodale. Nous commençons par dresser un état de l’art sur la biométrie monomodale par l’iris et par le visage et sur la multimodalité iris/visage, avant de proposer plusieurs approches personnelles de reconnaissance d’individus pour chacune des deux modalités. Nous abordons, en particulier, la reconnaissance faciale par des approches classiques reposant sur des combinaisons d’algorithmes et des approches bio-inspirées émulant le mécanisme de la vision humaine. Nous démontrons l’intérêt des approches bio-inspirées par rapport aux approches classiques à travers deux méthodes. La première exploite les résultats issus de travaux neuroscientifiques indiquant l’importance des régions et des échelles de décomposition utiles à l’identification d’un visage. La deuxième consiste à appliquer une méthode de codage par ordre de classement dans la phase de prétraitement pour renforcer le contenu informatif des images de visage. Nous retenons la meilleure approche de chacune des modalités de l’iris et du visage pour concevoir deux méthodes biométriques multimodales. A travers ces méthodes, nous évaluons différentes stratégies classiques de fusion multimodale au niveau des scores. Nous proposons ensuite une nouvelle règle de fusion de scores basée sur un facteur de qualité dépendant du taux d’occultation des iris. Puis, nous mettons en avant l’intérêt de l’aspect double échantillons de l’iris dans une approche multimodale.L’ensemble des méthodes proposées sont évaluées sur la base multimodale réelle IV² capturée dans des environnements variables voire dégradés et en suivant un protocole bien précis fourni dans le cadre de la campagne d’évaluation IV². Grâce à une étude comparative avec les algorithmes participants à la campagne IV², nous prouvons la compétitivité de nos algorithmes qui arrivent dans plusieurs cas à se positionner en tête de liste. / This thesis aims to make a contribution in the field of biometrics based on iris (one of the most accurate and hard to hack biometrics) in conjunction with face (one of the cheapest and less intrusive biometrics).Through this work, we discuss several important aspects of unimodal and multimodal biometrics. After an overview on unimodal and multimodal biometrics based on iris and face, we propose several personal approaches of biometric authentication using each single trait. Particularly, we address facial recognition first with conventional approaches based on combined algorithms, then with bio-inspired approaches emulating the human vision mechanism. We demonstrate the interest of bio-inspired approaches over conventional approaches through two proposed methods. The first one exploits the results of neuroscientific work indicating the relevant regions and scales in a face identification task. The second consists in applying a rank order coding method at the preprocessing step so as to enhance the information content of face images.We keep the best unimodal approach of iris and face recognition to design two multimodal biometric methods. Through these methods, we evaluate different classic strategies of multimodal score-level fusion. Afterwards, we propose a new score-level fusion rule based on a quality metric according to irises occultation rates. Then, we point out the interest of the double-sample iris aspect in a multimodal approach.All the proposed methods are evaluated on the real multimodal IV² database captured under variable to degraded environments, and following a specific protocol provided as part of the IV² evaluation campaign. After a comparative study with the participant algorithms in the IV² campaign, we prove the competitiveness of our algorithms witch outperform most of the participant ones in the IV² campaign in many experiments.

Le dimensionnement par analyse des équipements sous pression est encadré par des règles normalisées. Deux méthodologies s’opposent : une méthode de classification des contraintes élastiques, et une méthode élastoplastique basée sur les théorèmes d’analyse limite et d’analyse d’adaptation. La première a été mise au point dans les années 1960 et devient obsolète par rapport aux besoins technologiques et aux capacités de calcul actuelles, tandis que la seconde souffre de problèmes d’applicabilité.Le travail de thèse effectué a consisté dans un premier temps en une étude bibliographique, qui s’est penchée sur les aspects législatifs de ce secteur et sur les règles et critères de dimensionnement communément appliqués. Parmi les modes de ruine identifiés, deux d’entre eux – déformation excessive et déformation progressive – se sont détachés par leur importance. Ainsi, des méthodes directes prémunissant contre ces derniers, actuellement développées en laboratoires de recherches, ont été étudiées, implémentées, mises au point, et les critères de dimensionnement ont été ajustés afin de tenir compte des marges réglementaires. Différentes voies ont été explorées : l’analyse cyclique directe, l’ajustement de limite d’élasticité, ainsi que la compensation élastique.Par suite, les différentes méthodes ont fait l’objet d’études comparatives, portant sur leur précision, le temps de calcul qu’elles requièrent, ainsi que la relation entre ces deux grandeurs. Les modèles utilisés ont été variés, de cas académiques simples à une structure réelle, et ont permis de dégager des tendances, reliant l’intérêt de l’emploi d’une procédure à la complexité d’un problème à traiter. / Design by analysis of pressure vessels is placed within guidelines. Two methodologies are currently considered in international standards. The first one was proposed in the 60’ : it considers an elastic stress classification, depending on the nature of loads. It nowadays suffers from obsolescence, as technological demand and computational facilities increased considerably. The – much more recent – second one deals with elastoplastic calculations : it is based on limit and shakedown analysis theory, but causes applicative difficulties. The work achieved in this thesis begins with a state of the art, dealing with legal aspects of this industry, and detailing commonly-applied design rules and criteria. Several failure modes were identified, and the study focuses on two of them : gross plastic deformation and ratchet. Direct methods were selected for their relevance toward design considerations. Currently developed in research labs, they were studied, implemented, tested, and criteria were modified so as to take into account safety margins. Three solutions were explored : direct cyclic analysis, yield modification, and elastic compensation. For comparison purposes, methodologies were evaluated on academic and realistic cases. Accuracy and computational time were measured, along with the relation between these datas. Trends could be established, relating the pertinent use of a methodology to a problem complexity.

Résumé indisponible. / Résumé indisponible.

Les travaux présentés dans cette thèse sont divisés en quatre parties. La première est consacrée à la présentation du modèle de reconstruction tomographique. Dans la deuxième partie, nous traitons une approche variationnelle qui consiste en un problème de minimisation non-différentiable avec une contrainte non convexe, d'intérieur vide pour les topologies usuelles. L'étude numérique de l'approche précédente est faite dans la troisième partie. Elle est basée sur le système d'optimalité, la méthode d'Uzawa et une méthode de gradient à pas optimal pour écrire un schéma numérique. Dans la quatrième partie, nous nous intéressons à l'approche par lignes de niveaux pour résoudre des problèmes de propagation de fronts. Cette méthode fait apparaître des équations de type Hamilton-Jacobi du second ordre avec un terme non-local. Nous prouvons l'existence et l'unicité d'une solution de viscosité pour ces équations dans deux cas: celui des fronts compacts et celui des fronts non compacts. / The thesis at hand is composed of four parts. The first of which is devoted to present our model of tomographic reconstruction. The second part treats a non-differentiable variational problem with a non-convex constraint the interior of which is empty for usual topologies. A numerical study of the above approach is elaborated in the third part. A numerical scheme is derived based upon our optimal system, the method of Uzawa and a gradient descent method. In the last part, we use a level-set approach to solve the front propagation problem. A second order Hamilton-Jacobi type equation with a non-local term comes into play. We prove the existence and uniqueness of a viscosity solution in both compact and non-compact fronts cases.

Cette étude est consacrée à la modélisation micromécanique de comportement inélastique des géomatériaux hétérogènes . Une sorte de roche d'argile dure (argilite) est considérée comme un exemple pour valider la modélisation micromécanique. Un bref aperçu des principales techniques d'homogénéisation pour la modélisation multi-échelles développées de matériaux non-linéaire hétérogènes est présenté dans le premier chapitre. Puis quelques résultats numérique des simulations directes FEM sont donnés dans le deuxième chapitre. Dans le chapitre suivant, l'une des approches les plus couramment utilisée de méthodes d'homogénéisation non-linéaire des matériaux hétérogènes non linéaires, approche incrémentale de Hill, est étudiée et appliquée pour simuler le comportement mécanique de l'argilite avec des divers compositions sur différents parcours de chargement. Compte tenu des certains limites théoriques de l'approche incrémentale, une nouvelle méthode d'homogénéisation nommé analyse des champs avec transformation non-uniforme (NTFA) proposé d'abord par Michel et Suquet est adoptée et développée pour s'adapter aux géomatériaux pression-dépendants dans Chapitre 4. Dans ce chapitre, la formulation et la mise en œuvre numérique de la NTFA pour des matériaux hétérogènes composés d'une matrice pression-dépendante de type Drucker-Prager et une inclusion élastique sont présentés. Ensuite, dans le chapitre six une application plus compliquée est réalisée pour simuler le comportement mécanique de l'argilite afin de valiter de la méthode proposée NTFA. / This study is devoted to the micromechanical modelling of inelastic behaviors of heterogeneous geomaterials. A kind of hard clay rock (argillite) is taken as an example to validate the micromechanical modelling. A short review of main homogenization techniques developed for multi-scale modeling of nonlinear heterogeneous materials is presented in the first chapter. Then some numerical results from direct FEM simulation are given in the second chapter. In the following chapter, one of the most commonly used approaches of nonlinear homogenization methods for nonlinear heterogeneous materials, Hill’s incremental approach, is studied and applied to simulate the mechanical behaviors of argillite with various compositions under different loading paths. Considering some theoretical limitations of the incremental approach, a new homogenization method named nonuniform transformation field analysis (NTFA) firstly proposed by Michel and Suquet is adopted and developed to adapt the pressure-dependent geomaterials in chapter 4. In this chapter the formulation and numerical implementation of the NTFA for a typical pressure-dependent heterogeneous materials composed of Drucker-Prager matrix and elastic inclusion are presented. Next, in chapter six a more complicated application is performed to simulate the mechanical behavior of argillite to verify the validity of the proposed NTFA method.

L’imagerie constitue un axe majeur de l’exploration de l’univers et de la Terre depuis l’espace, que l’on se trouve dans le domaine du visible ou non. Ainsi dans le domaine spatial, les données sont le plus souvent récupérées par un capteur CCD (Charge-Coupled Device, ou Dispositif à Transfert de Charge (DTC)) qui fournit des tensions analogiques vers un convertisseur analogique-numérique (CAN), dont la sortie sera transmise à une chaîne de traitement, puis envoyée sur terre. Ainsi, les CAN sont des éléments clés dans l’imagerie par satellite. De leur précision et de leur vitesse va dépendre la qualité de la représentativité de la chaîne de signaux binaires. Il est donc crucial de réaliser une conversion de données de grande qualité (vitesse, précision) tout en s’assurant de la résistance du CAN à l’environnement radiatif. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la robustesse à l’environnement spatial, tout en optimisant les performances, de plusieurs fonctions élémentaires d’un convertisseur analogique-numérique de type pipeline 14bits,5MS/s, réalisées en technologie XFAB 0,18µm. Les trois fonctions ciblées sont les interrupteurs (notamment la résolution des problèmes liés au phénomène d’injection de charges en environnement spatial), les comparateurs (durcissement) et l’amplificateur à capacités commutées (amélioration du gain par une technique prédictive sans pénaliser la puissance consommée).

Dans les bâtiments résidentiels à haute performance, le comportement des ménages est maintenant l'un des principaux facteurs affectant le confort et la consommation d'énergie. Malgré les progrès technologiques importants en matière d'efficacité énergétique, il demeure un écart considérable entre les prédictions réalisées au moment de la conception et la consommation réelle du bâtiment. À ce jour, il existe peu d'outils d'optimisation du bâtiment prenant en compte la diversité du comportement des occupants. Les outils actuels utilisent généralement des horaires d'occupation fixes, ce qui perpétue l'écart entre les estimations et la performance réelle du bâtiment. De plus, les simulations énergétiques tenant compte du comportement des occupants demandent un grand temps de calcul et sont complexes à implanter en entreprise. Ainsi, il devient essentiel de développer des outils adaptés pour les concepteurs afin d'améliorer l'exactitude des prédictions énergétiques. L'objectif de ce projet est de proposer des outils pour l'optimisation du bâtiment résidentiel, tout en considérant la variabilité du comportement, au moyen de simulations énergétiques. D'une part, une analyse paramétrique sur l'influence de la taille des fenêtres a été menée avec 1000 profils d'occupant différents. Cette étude a permis de conclure que l'importance de chacun des facteurs du comportement changeait selon la taille des fenêtres. Par exemple, lorsque les fenêtres étaient agrandies, l'ouverture des fenêtres influençait moins la demande en chauffage, mais le choix de la température de consigne devenait plus important. D'autre part, une méthode pratique et simplifiée pour considérer le large spectre du comportement, mais en ne générant qu'un nombre réduit de simulations choisies stratégiquement, a été développé. Les simulations énergétiques confirment qu'il est possible de représenter la consommation d'énergie et le confort thermique avec un nombre limité de trois profils d'occupations. En somme, la méthode permet de comparer différentes solutions de design en considérant la diversité du comportement des occupants. / Occupant behavior is now known to be one of the most important parameters affecting thermal comfort and energy consumption, in particular in the residential sector. Despite great technological progress in the field of energy efficiency, huge energy consumption disparities remain to a great extent between prior-to-construction estimations and real energy demand. Nowadays, few optimization tools exist to account for occupant behavior diversity. Usually, single schedules are used to represent occupant behavior, which broaden the gap between estimations and actual consumption. Moreover, energy simulations that include occupant behavior diversity are time-consuming and complex to implement in the industry. Il becomes essential to develop tools that are adapted for practitioners to increase energy predictions reliability. The objective of this study is to propose optimisation tools for the residential sector considering the occupant behavior variability through energy simulations. First, a parametric study has been conducted to measure the influence of window-to-wall ratio with 1000 different occupancy profiles. This exploratory work shows that the relative importance of different occupant behavior aspects can change depending on the window-to-wall ratio. For example, when windows are enlarged, window opening becomes less influential on the heating demand, but, on the other hand, the choice of temperature set point becomes more influential. Afterward, a practical and simple method has been developed to consider thew hole spectrum of occupant behavior, but with a reduced number of strategically chosen profiles. Energy simulations showed that it was possible to represent energy demand and thermal comfort with a limited number of three occupancy profiles. In short, this method allows one to compare different design solutions by considering occupant behavior diversity.